一种实用电池充电升压电路设计_1

3.1DGDC

3.2DC-DC

3.3DODC

3.

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3.

38、引言1可充电锂电池在手持电子产品以及工控领域应用越来越广泛，在使用过程需要不断对锂电池进行充电，一种便捷可靠充电电路不仅可以提高电池的使用寿命，而且可以保证充电过程中的安全该充电方式不仅可以通过接口进行充电还以通过接口与带有接口的USB USBUSB5V电源适配器进行直接连接进行充电，与之前只能通过电源适配器进行充电的方式更加便捷锂电池使用的领域本身控制板的所需提供的电源电压一般为或当锂电池使用在工作的控制电路中所需通过斩

3.3V5V,

3.3V波或其它方式对其进行降压处理以满足使用的需求；当使用在或更5V高电压供电的控制电路中就需要将锂电池的通过直流升压电路进

3.7V行处理已达到控制电路的需求本文完成一套控制电路需要的电源电压为采用直流升压电路设计5V,Boost、锂电池充电电路2本文所中所论及的锂电池充电电路主要有构成，是可CN3052CN3052以对单节锂离子或者锂-聚合物可充电电池进行横流/恒压充电的充电控制器，该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管；该芯片并且符合总线技术规范，非常适用于便USB携式应用领域；对于热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内；调制输出电压为精

4.2V,度达其充电电流的大小可以通过一个外部电阻点整当输入电压掉1%,电时自动进入低功耗睡眠模式，在该模式先芯片的消耗功率为CN3502微瓦数量级同时该充电芯片还具备输入电压过低检测，自动在充电，芯片使能输入和电池温度监控以及状态指示等功能图充电原理图1CN

3502、变换电路3DUDC、变换电路分类与特性

3.1DC-DC变换器的种类很多，按输入/输出回路是否采用隔离，可分为DC-DC隔离型变换和非隔离型变换两大类其中隔离型变DC-DC DC-DC DC-DC换相对于非隔离型具有可变换的电压范围宽，输出文波特性好DC-DC等优点；但是隔离型变换都需要有变压器，以及其它所需的元DC-DC器件，所以在电路中占用的空间大，所需成本高等缺点，一般不适用于体积较小的器件中；非隔离型变换具有所需器件少，重量轻、DC-DC体积小和成本低的优良特性；本文所涉及的变换适用于手机、DC-DC仪器仪表以及可以随身携带的测量与计量器中，因此非隔离型DC-DC变换更为适用对于非隔离型升压变换又分为电容型电荷泵倍DC-DC压变换和电感变换，电荷泵倍压变换电路设计比较简单，元器DC-DC件选择适当的电容即可，同时其产生的干扰较小，但是它只能提供有限的范围的电压输出，绝大多数电荷泵的电压转换最多只能达到输入IC电压的两倍，这表示输出电压不可能高于输入电压的两倍，因此其提供的电压输出范围有限，应用较窄；电感型变换相对于电荷泵具DC-DC有输出效率高，输出电压可以根据需要通过占空比进行调节,具有较宽的输出电压范围，其缺点在于电路中需要对电感进行充放电,增加电路的复杂性，也交易产生干扰通过对各种变换的优缺点比较，DC-DC本位拟采用电感型变换，本方案在成本，体积、效率以及输出DC-DC电压范围等方面都具有优良的特性、电感型变换器原理

3.2DC-DC电感型变换，其工作原理是应用流经电感的电流不能突变，在DC-DC一个工作周期内，电感两端的平均压差为零这一特性如下图所示2升压电路工作原理图，当开关闭合时能量从输入电源流入DC-DC S Vm储能电感中，此时二极管处于反偏截至状态，储存在滤波电容L D中的能力释放给负载当断开时由于电感中的电流不能突变，它；C RS LL所产生的感应电动势阻止电流的减小，中感应电动势的极性为左负又L正，此时续流二极管处于正向偏置导通状态，电感中的能量经过续流D二极管向滤波电容充电，同时给负载供电C图电感型升压原理图2DC-DC在开关闭合期间，流经电感中的电流近似线性增加，其值为S L半I，式L=1LV+t iL其中为流过储能电感的最小电流值当开关闭合结束时流过电感I L SLV的电流为L+乎又门【-I式LP LV2由式和可得，在开关闭合期间流过电感的电流增量为:12S LAI=L1在开关打开时，续流二极管导通，储能电感两端的电压为:-SV=UL式V=L-^4in此时流过电感的电流为也含式L I=1—L LP5L在开关打开结束时，流过电感的电流为S LI—I—【-式L LVLP.Toff6此时电流的变化量为=也含,AI2式L Toff7L在稳定状态时，储存在电感中的电流在开关闭合期间的增量等于LS开关打开期间的减少量，由式和式得到:S37=干,=与生式△ILI=L2Ton T°ff8T1所以式U=---Vin=—Vino9一】i oni-q其中可见改变占空比大小，就可以获得所需的电压值，由于占空q=*i,比总是小于所以输出电压总是大于输出电压1,、变换电路设计

3.3DGDC如图所示为本文设计的变换电路原理图从图所示3DC-DC3变换原理图可知，本变换电路由储能电感、开关控制器DC-DC L

1、功率管续流二极管以及滤波电容等元MAX1771MOS IRF7403,IN5817器件组成图变换原理图3DC-DC是一款采用双极互补金属氧化半导体工艺的开关电源MAX1771控制器，该芯片内部预制输出电压为并且提供可调输出电压配置功12V,能，其结合了（脉冲频率调制）和（脉冲宽度调制）的优PFM PWM良特性，具有高的输出效率和宽范围的输出电流脉冲频率调制具有较小的静态电流，在小负载条件小工作时具有较高的工作效率,但是文波较大；脉冲宽度调制在大负载条件下具有较高的效率，切噪声小该芯片采用的是一种新型限流控制方式，来控制电感充电电流，使其PFM不超过某一电流峰值这样既保持了传统的低静态电流，同时在PFM较大负载下工作时也具有较高的工作效率，同时由于限制了电感的电流峰值，外围电路可以采用较少的器件就可以获得满意的文波输出电压，这样即减小了体积又降低成本引脚功能简介为沟道功率开关管门极驱动信号输MAX17711EXT N出脚；为控制芯片提供输入电源，同时作为自举工作模式的电源2V+检测输出；为反馈检测输出端，通过检测电路实现对输出电压进3FB行控制；为工作模式选择输出引脚，通过控制该引脚的输入电4SHDN平，可实现工作休眠模式；为参考电压输出，如果不用可以5REF L5V通过电容接地；为模拟电源地；为电源返回地；O.luF6AGND7GND8引脚为限流输出引脚，通过检测功率管的电流实现过流保护CS外围电路设计，为了实现输出电压可调，需要通过将MAX1771输出电压反馈输入到的引脚，通过该反馈电压与内部的MAX1771FB基准电压进行比较，来调节频率输出如图所示，该反馈

1.5V PFM3网络由和以及电容组成，对与电阻为了保证阻抗匹配R83R82C81R83选择范围为到之间，在此选择的阻值为通过公式10K500K R83100K次来得到的阻值为，对于的容vR82=2—183R82220K C81ref值选择既要保证工作的稳定性又要保证线性关系该值通过实验在此选定为47pF

3.

3.

1.电感量确定根据电路的工作波形，电感电流包括直流平均值和纹波分量两部分假若忽略电路的内部损耗，则变换器的输出能量和变换器的输入能量相等，即」，所以咨=・电感电流的文波Uir=Uo o11=1014Ui IQFF分量是三角波，在期间，相对于平均电流卬，电流的增量为+~=宰；T1ON在期间，电流的减少量为-加=哼空；当该电路工作在T°FFL L稳定态时，电流的减少量等于电流的增加量即为了保持电路+AI=-AI;工作的稳定性与可靠性一般取流过电感的峰值电流不大于其最大平均电流的倍，同时避免因为电流过大造成电感饱和电感的感值可以

1.2通过下式确定（杨旭.开关电源设计北京机械工业出版社，）M.

2004.（）_U D1-D Tin二L—21式中为临界电感量，为电压输出值，为占空比，为开关周期，L UD T为最大输出的电流在此为取值为为最大输I U

5.0V,D

0.26,T20us,出电流为经过计算得到的电感量为在该设计中取I1A L

7.12uH,L的电感量为的标准电感22uH/2A、滤波电容值确定332输出滤波电容J容量与输出电压的文波的要求直接相关，同时输出AU文波电压与占空比有一定关系其输出文波电压的表达式AU DAU为（李定宣，开关稳定电源设计与应用）2VinDT8L]C]由该式得出电容5容值表达式为:2VinDT=1—8L1AU在该设计中输入电压为占空比为的输出频

3.7V,D

0.26,MAX1771率定为对于输出电压的文波要求不大于1%,从而得到滤波电容J50KHZ,的容值为44uF、开关管的选择333开关管在电路中承受的最大电压是考虑到输入电压波动和电VT U0,感的反峰尖刺电压的影响，所以开关管的最大电压应满足＞

1.1X

1.2U0o实际在选定开关管时，管子的最大允许工作电压值还应留有充分的余地，一般选择（）开关管的最大允许工作电流，一般选择（）小开2~3o2~30关管的选择，主要考虑开关管驱动电路要简单、开关频率要高、导通电阻要小等本设计选择沟道功率场效应管该器件的P IRF7404,完全满足设计要求VDSM=20V,IDM=7A,、结束语4按以卜一原理和计算设计输入输出的升压电

3.7V,5V5W DC/DC路，整个电路调试容易，工作稳定，可靠性高，效率达以上，特别85%是成本低，已应用于实际设备中另外，可根据具体的电路指标要求，对电路灵活控制、变动，设计出其他的应用电路。